JP2006275804A - 太陽光発電システムの発電電力及び消費電力の表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽光発電装置とその表示装置において複数の電流センサーを用いることなく、個々の電気機器の消費電力量の推移予測を行うことができ、この消費電力量の推移予測をもとに、エネルギー自給率を１００％近くにで推移するように利用者に電気機器使用の選択通知を行うことができる表示を備えた太陽光発電装置を提供すること。
【解決手段】 太陽光発電システムの発電電力及び前記太陽光発電システムと接続する複数の負荷の消費電力を表示装置に表示する表示方法であって、前記負荷の瞬時消費電力もしくは一定時間内の消費電力の変動から接続されている個々の負荷の消費電力を推察するとともに、前記推察した消費電力から今後の太陽光発電システムの発電電力に対する消費電力の経過予測を行い、さらにこれらの予測電力を表示装置に表示するようにしたことを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、商用電力系統と系統連携する電力変換装置と、太陽光発電の発電電力と負荷の消費電力を表示する表示装置を有する太陽光発電システムにおいて、新たなセンサーを用いることなく、個々の電気機器の消費電力を類推し、その電気機器の時間帯電力使用状況を記録することによって消費電力量の推移を予測し、太陽光発電システムの発電電力及び消費電力の表示方法に関するものである。

従来の太陽光発電システムの電力表示について、図１に基づき説明する。

太陽電池１により光電変換された発電電力は接続箱２にて集められ電力変換装置３に入力される。前記電力変換装置３は交流分電盤４を介して商用電源５あるいは家庭用負荷６に接続されており、前記発電電力を商用電源に逆潮流あるいは家庭用負荷６へ電力供給を行なうものである。太陽光発電システムでは前記太陽電池１の発電電力等を見るために表示装置７のような表示部を電力変換装置３に搭載もしくは別設置で設け、発電状況や異常運転が視認できるようになっているが、電力変換装置３は放熱や屋内電気配線との接続の兼ね合いから、天井近くや生活空間から離れた場所などユーザーが視認しにくい場所に設置される場合が多く、ユーザーが見やすいように前記表示装置７を前記電力変換装置３とは別設置にて備えるのが好適である。一般に前記表示装置７と前記電力変換装置３を分離して設置するためにはデータ通信用のケーブルを壁や壁内に配線して引き回すが、引き回し配線が家屋内の外観を損なわないよう、また、信号減衰による引き回し距離の制限などの問題が生じないように、前記表示装置７の設置自由度やデータ送信ケーブル配線工事の削減を考慮し、前記電力変換装置３内もしくは外部に送信部８を設け、前記表示装置７内もしくは外部に受信部９を備えることにより無線通信にてデータの転送を行い、表示装置７に発電電力や積算電力などの情報を表示するようにしたものもある。また、前記表示装置７は容易に視認・操作が可能な場所に設置することができるので、発電情報をそのまま表示する以外にも、定期的に発電電力や消費電力をグラフに表示し、視覚的に消費、発電電力の差を認識し、電力の無駄遣いを押させえるよう啓蒙に貢献することができる。

一方、太陽光発電システムのデータを視覚的にとらえるためにグラフ表示や数字表示を行った場合においても、抽象的な表示であることから、利用者が漠然と電力の無駄遣いを押させえた方がよいかも知れないと認識することはできるが具体的な対処方法を知ることは難しい。また、太陽光発電システムにおいて表示される内容は積算発電電力量や消費発電電力量、瞬時発電電力量がメインとなる。これらの数値データは、太陽光発電システムの太陽電池の設置容量、設置条件、気象条件によって、数値の変化の幅がある程度、決定する。そのため、太陽光発電システムを設置した直後は、積算発電電力量や消費発電電力量、瞬時発電電力量の変化に興味を示し、表示装置を注視する機会が多いが、ある程度変化の内容を理解してしまうと変化の幅に新鮮味が無くなってしまうため、表示装置を注視する事が少なくなる傾向にあり、表示装置の貢献度が低下してしまう。

このような問題を解決する手段として、発電電力量や消費電力量を基に、グラフや数値のほかにアニメーションを用いて表示することによって、利用者の視認性を高めようとする表示装置システムの方法が考えられている（例えば特許文献１を参照）。
特開２００２−２９７２２９号公報

しかしながら、上述した太陽光発電システムの表示方法では、あくまで過去の発電電力量と消費電力量表示である。そのため、太陽光発電システムの利用者が最も興味のある節電、つまり、発電電力量に対してどれだけ消費したかという点に関しては現在の消費割合の状況（過去の結果）しか知ることができない。そのため、その日の発電電力と電力消費のどちらが勝ったかを知る事は次の日にしか知ることができず、また、消費電力を抑える具体的な方法がわからず例えば闇雲に家庭内の負荷の利用の制限をして生活に不便さを生じさせてしまう結果に成りかねない。すなわち、家庭内負荷の消費電力量の推移予測が不正確であることが要因であり、前者では消費電力量の推移を予測する際に現在の消費電力量を元に予測をするので、日常生活を送る上である時間になれば必然的に消すもの、例えばテレビや電灯を消すなどを考慮しないので、予測では発電電力が負荷消費電力量を下回って買電する事になってしまったと思っていたら、実は負荷消費電力量の方が少なくて売電できていたといった誤解が生じたり、後者ではそのためにリビングタイムにテレビを消したが、もともと深夜はＴＶを消しているため大きな節電にはならず、結局負荷消費電力量の方が多くて買電していたといった結果になってしまい、利用者の思い通りにいかない節電となることでストレスを与えることになりかねない。

また、技術的にも消費電力量を表示する場合においても、消費電力量の計測は一般的に商用系統と交流分電盤の間の部分で家庭内負荷全体における消費電力量を一括して計測することが一般的である。そのため個々の電気機器の消費電力量は不明である。そのため、利用者がどの電気機器をどれだけ使用しなければよいかという目安が分からなかった。個々の電気機器の消費電力量を知るための方法を図１の拡大図である図２の模式図を用いて説明すると、個々の電気機器つまり家庭用負荷６の消費電力量を表示する際には系統毎、または電気機器毎に計測機器１０を設置しなければならなくなり、部品点数および施工工数の増加によって費用的にも設置作業的にも煩雑な太陽光発電システムの表示装置となってしまう。

上記課題を解決する為、本発明の太陽光発電システムの発電電力及び消費電力の表示方法は、太陽光発電システムの発電電力及び前記太陽光発電システムと接続する複数の負荷の消費電力を表示装置に表示する表示方法であって、前記負荷の瞬時消費電力もしくは一定時間内の消費電力の変動から接続されている個々の負荷の消費電力を推察するとともに、前記推察した消費電力から今後の太陽光発電システムの発電電力に対する消費電力の経過予測を行い、さらにこれらの予測電力を表示装置に表示するようにしたことを特徴とする。

また、本発明の他の太陽光発電システムの発電電力及び消費電力の表示方法は、前記消費電力の変化量に応じて、使用されている電気機器を類推し、類推した電気機器及びその消費電力を表示装置に表示するようにしたことを特徴とする。

さらに、本発明の他の太陽光発電システムの発電電力及び消費電力の表示方法は、前記太陽光発電システムの発電電力に対し、現在使用されている電気機器の消費電力状況で、前記太陽光発電システムが発電した電力でまかなえる時間を表示装置に表示するようにしたことを特徴とする。

本発明の太陽光発電システムの発電電力及び消費電力の表示方法によれば、太陽光発電システムの発電電力及び前記太陽光発電システムと接続する複数の負荷の消費電力を表示装置に表示する表示方法であって、前記負荷の瞬時消費電力もしくは一定時間内の消費電力の変動から接続されている個々の負荷の消費電力を推察するとともに、前記推察した消費電力から今後の太陽光発電システムの発電電力に対する消費電力の経過予測を行い、さらにこれらの予測電力を表示装置に表示するようにしたことで、予測された消費電力の推移から、その日の太陽光発電システムが発電した電力量で、あと何時間分使用できるかを時間表示することを可能とする。

また、本発明の他の太陽光発電システムの発電電力及び消費電力の表示方法によれば、前記消費電力の変化量に応じて、使用されている電気機器を類推し、類推した電気機器及びその消費電力を表示装置に表示するようにしたことで、家庭内での消費電力の変動予測をより高精度で知ることができる。

さらに、本発明の他の太陽光発電システムの発電電力及び消費電力の表示方法によれば、前記太陽光発電システムの発電電力に対し、現在使用されている電気機器の消費電力状況で、前記太陽光発電システムが発電した電力でまかなえる時間を表示装置に表示するようにしたことで、省エネルギーと快適な生活を同時に享受することができる。

以下に、本発明に係る太陽光発電装置の実施形態について、模式的に図示した図３を基に詳細に説明する。

図３に示すように、太陽電池３０１にて発電された電力は接続箱３０２により集電され電力変換装置３０３に入力される。前記電力変換装置３０３では入力された直流電力を交流電力に直交変換し、交流分電盤３０４を介して商用電力系統３１９に逆潮流あるいは家庭用負荷３２０へ電力供給を行なっている。ここで、太陽電池３０１としては、多結晶シリコン太陽電池、単結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン等の薄膜太陽電池などが好適に使用され、複数枚の太陽電池セルを集めたモジュールをさらに直並列に並べてアレイとし、接続箱３０２で前記太陽電池モジュールの出力配線を合成するようにしたものが一般的である。接続箱３０２で合成された太陽電池３０１の出力は電力変換装置３０３に入力されており、前記電力変換装置３０３内の発電電力計測部３１２や消費電力計測部３１３で電流、電圧、電力などが測定され、送信部３０５を通じて送信される。このとき送信されるデータは測定された数値をそのまま送ってもよいが、電力量や積算電力を算出し、その数値を送るようにしても良い。また、電流、電圧などの数値データは、前記電力変換装置３０３内にある記録部３１４に記録される。そして前記記録部３１４のデータを基に、前記電力変換装置３０３内にある判断部３１５によって、データを基に得られる情報を前記送信部３０５を通じて表示装置３０６へ送信される。送信形態は無線、有線でケーブルを用い直接接続する方法や系統電圧波形にデータ信号を重畳させる方法でもよい。送信されたデータは別設置された表示装置３０６の受信部３０７で受信され、表示部３０８に表示される。前記送信部３０５と前記受信部３０７間の通信手段は無線が好適であるが、送信部３０５を電力変換装置の外に設け、一部直線区間のみの赤外線による通信方法としてもよい。この場合、外来ノイズに対する耐性と構造の簡略化が可能とできる。尚、前記表示装置３０６内の表示部３０８等への電源供給は商用電源から電源部３０９を介して供給される。また、前記表示装置３０６が表示する各種データのうち積算電力量のように算出されるものについては、前記電力変換装置３０３で計算せず、前記表示装置３０６内のマイコン３１０で算出させることとしてもよい。このようにすることで、発電電力等のデータを不揮発性メモリに記憶しておき、さらに、前電力変換装置３０３内に時計部３１１と前記時計部３１１の設定を行う電力変換装置操作部３１６を備えることにより、１日毎の発電電力や１時間毎の発電電力等の表示を行うことが可能となる。さらに、積算電力量と家庭内の消費電力量を例えば５分の積算電力量を元に１時間後の電力量を予測する。また、異常動作が生じた日時もデータとして残せるので、そのときの発電量が低い状態でも、日中の曇りによる日射急変によるものか朝夕で日射が低下しているためなのかといった貴重な情報を得る事ができるようになる。また、前記表示装置３０６の内部にある前記マイコン３１０には前記電力変換装置３０３により送られてきたデータを効果的に表示するための表示構成部３１７と演算部３２１と記憶部３２２を設ける。なお、前記表示装置３０６において、必要に応じて、前記表示構成部３１７より表示される画面が複数にわたる場合に、画面送りの操作を行う際に、表示装置操作部３１８を用いる。また、演算部３２１では記憶部３２２からのデータを基に、家庭内負荷３２０の消費電力量予測を行う。その結果を表示構成部３１７を通じて表示部３０８に表示する。

上記のように太陽電池で発電した電力を商用電力系統や商用負荷へ供給する太陽光発電システムにおいて、動作状態や発電情報、演算により得られた有用な情報を無線により外部の離れた場所にある表示装置などの周辺装置に伝達するようにするものであるが、近年、その表示内容は太陽光発電システムの利用者の急増に伴い多様化になってきている。最も簡易な表示としては太陽電池の瞬時発電電力や家庭内負荷の瞬時消費電力を数値で表示するものがあり、それに対して積算発電電力量、積算消費電力量、商用電力系統に対して太陽光発電システムが電力を供給したか、受電したかを示す売電買電電力量表示を行うものなど表示する数値が多様化している。さらに表示装置に関してはモノクロＬＣＤやカラー液晶画面を備えた太陽光発電システムの電力表示器などもあり、視認性やデザイン性に優れた表示器などが考えられている。さらに太陽光発電システムの電力状況の視認性を高めるために、積算発電電力量や積算消費電力量をグラフ化表示する表示器が考案されている。このことにより、太陽光発電システムを利用されている人達のシステム全体における電力状態への認識が高まってゆく状況である。そこで利用者が最も興味をもって太陽光発電システムの状況を確認する項目として、太陽電池の発電電力量の他にエネルギー自給率がある。このエネルギー自給率とは家庭内で消費する電力をどれだけ太陽光発電システムで発電した電力でまかなうことができたかという割合である。これによって、エネルギー自給率が高いほど商用電力系統から購入する電力が少ないということとなり、経済的にも支出を抑えることができ、また、環境面に関しても、原子力や火力発電に比べ環境負荷が少ない太陽光発電システムで発電した電力を使用しているというエコロジーに対する充足感を得ることができる。

しかし、現在の太陽光発電システムの表示器においては、過去の消費電力量や現在の消費電力量しか知りえることができない。そのため、エネルギー自給率を高めるために、闇雲に電気機器の電源を切ることで消費電力量を減らす方法をとったとしても、どれだけの消費電力量が節電できるのか不明であり、また、現在の消費電力量の状況で使用してエネルギー自給率を予測できても、その予測を基に負荷使用数を減らして不便な生活を我慢した割には、もともとその機器がその時間以降に電源を切るものであったので、今ひとつ効果が芳しくないという結果にもなりかねない。例えば、ある一日の電力の収支を０にするためには残り５時間で消費電力量が２０ｋＷｈだとする。現在消費電力量が５ｋＷｈのため、そこでリビングタイムのうちにエアコンやテレビなどを停止して３ｋＷｈとした。そうすることで収支を０にすることができたとする。しかし、実際はリビングタイムで５ｋＷｈを使用していても深夜帯には必然的に電気機器の電源を切るのが一般的であるため、そのままリビングタイムでエアコンやテレビを消す必要がない場合など、消費電力の時間的推移やどの電気機器をどれだけ電源を切ればよいかなどの情報が、現在の太陽光発電システムの表示装置には表示されていない。そのため、効率のよい、省エネ活動を妨げる原因となっていた。

そこで本発明においては、家庭内での消費電力量の時間ごとの推移を消費電力量の予測値として用いることにより、上記問題点を解決し、効率よくエネルギー自給率を高めることを補助することのできる太陽光発電システムの表示装置を提案する。

具体的な方法について説明する。最初に家庭内の消費電力の増減により、個々の電気機器の消費電力の推移を把握する方法を図３と図４で説明する。図４は、ある区間の消費電力量の推移の模式図を示したものである。縦軸が消費電力量、横軸が時間帯である。なお例においては説明が行いやすいように単位は省いたもので説明する。まず、Ａ区間からＢ区間に変化したときに、消費電力量は全体で１から４に変化した。つまり、消費電力３の電気機器に電源が投入されたこととなる。同様にＢからＣ区間に変化した際に消費電力６の電気機器に電源が投入されたこととなる。同様の動作を繰り返した後、ＤからＥ区間に変化したときは消費電力３の電気機器の電源が切られたと判断し、ＥからＦ区間に変化したときは消費電力３の電気機器の電源が切られたと判断する。これらの一連の流れを各消費電力量の同じ機器毎にまとめて記憶する。このことにより、各消費電力の機器が使用される時間帯と使用される時間の長さが把握することができる。これらの情報を基に家庭内での消費電力量の推移予測を立てる。よって個々の電気機器の消費電力の推移を全体の消費電力の変化によって判断することが可能となった。

なお、これらの一連の動作は図３に示した構成部によって以下の手順で行われる。消費電力は図３にある消費電力計測部３１３で計測され、送信部３０５を通じて表示装置３０６に送られる。また、送信されるデータは消費電力の値と、時計部３１１で計測した時間を送信する。表示装置３０６が受信部３０７を通じて受信したデータを表示装置３０６内部にある演算部３２１で演算し、記憶部３２２に保存される。これにより、消費電力量毎に分別された電気機器の消費電力量の推移が記憶される。

次に、記憶された電気機器の推移を基に一日の電力推移を予測する。図５に過去一週間分の一日の消費電力推移の状況を示す。まず過去１週間の電力推移と本日の電力推移とを比較する。消費電力３の電気機器を例に取るとＡ区間で使用したときが１回、Ｂ区間で使用したときが７回などとなっている。ここで閾値を設定し、週５回以上ある時間帯で使用されていた場合は、消費電力推移予測に反映させると設定した場合は消費電力３の機器の消費電力予測は図６に示す形となる。つまり、現在の使用状況と、過去の電気機器の使用度合いをあわせて考慮した上で、その日の消費電力量予測を行う。これによって、家庭内での消費電力推移を考慮に入れた、消費電力推移予測が可能となり、闇雲に電気機器の電源を切ることなく、さらには、各電気機器に電流センサーなどの計測器をつけることなく、従来の太陽光発電システムの構成を大幅に変更することのない、太陽光発電システムの表示器を提案することが可能となる。

さらに、上述で説明した太陽光発電システムの表示器において、消費電力量の変動に関して、電気機器の種類を記録、表示することによって利用者がさらに消費電力量がどの電気機器によって使用されているかを判断することが可能となる。登録の方法としては、消費電力量が変化した場合に、表示器側の記憶部３２２で、消費電力量の変動幅と時間を記録する。そして、利用者が消費電力の変動があったところ頃に対して、表示操作部３１８において、機器名を入力する。このことにより上述で示した消費電力毎に分けられていた電気機器に対して機器名がつくこととなり、利用者がどの機器が消費電力を多く使っているのか、いつの時間帯にどのような電気機器が集中するのかという判断を行うことができ、より利用者にわかりやすい太陽光発電システムの表示器を提案することが可能となる。

また、上述の太陽光発電システムにおける表示器において発電電力量に対して消費電力量がどのように推移して消費すれば、エネルギー自給率が高く維持できるかという点で示してきた。このような表示方法の他に、ある一定時間内では消費電力量はいくらまで使えるかという、残有量表記をすることも可能である。この残有量表記は、例えば今の消費電力量で電力量を使用した場合あと何時間で発電電力量を使い切ってしまうかという表示で、単純に残りの発電電力量を現在の消費電力量で除算したものではなく、上述した、一日の消費電力量の変動を考慮した消費電力量で予測を行うために、より実生活に基づいた消費電力量の推移予測の表示を行うことが可能となる。

さらに、消費電力量の推移を測定する際に各電気機器の消費電力量および電気機器の使用時間帯や使用時間が表示装置３０６における記憶部３２２にデータとして保存してある。このデータを演算部３２１のみに数値データとして使用するのではなく、その結果を表示操作部３１８を通じてグラフ化して確認することも可能である。これによってどのような電気機器が最も多く電力を消費し、使用されているかをすぐ確認することができ、節電目標を立てる際にどのような電気機器の使用に注意すればよいかが、利用者に伝わりやすくなる。そのため、効率よく電気機器の電源を管理することができ、本当に不要な電気機器の電源を除くことが可能となる。

また、電気機器の消費電力量の推移が表示装置３０６の記憶部３２２に登録されているため、消費電力量の推移をシミュレーションすることが可能となる。例えば、現在の消費電力量推移でこのまま過ごした場合、エネルギー自給率がある時間で１００％をきってしまうという予測が表示されたとする。その際に、実際に電気機器を何種類か切ってある程度、経過を見てからでなければその電気機器を停止させたことで対応が十分だったか判断することができなかったが、本願の方法を用いれば、実際の電気機器の電源を投入することなく、予め登録してある電気機器を表示装置３０６上で表示操作部３１８を操作することによって、例えばエアコンの電源を２時間止めた場合などと設定することで、消費電力量の推移を表示することができ、的確に不要な電気機器の電源を管理するシミュレーションを行うことも可能となる。これにより電気機器の消費電力量が利用者自身が不明であっても、どの電気機器をどの時間だけ切っていればよいか把握することができる。

なお、今回の例に挙げた太陽光発電システムの表示器については無線にて電力変換装置から発電電力量などのデータを受信する場合について述べたが、データの抜けなどの通信上の安定性を高めるためには、有線で実施する方法も考えられる。また、過去の消費電力量の推移に関して、今回は過去一週間分の消費電力推移をベースに消費電力量の推移を予測したが、消費電力量の推移の元になるデータの上述の範囲に絞られるものではなく、例えば、平日、土曜日、日曜日、と分けても、月間や前日のデータでもよい。

また、上述の負荷消費電力の変化の検知としては瞬時消費電力を主として説明したものであるが、一定時間内の消費電力量の変動から接続されている個々の負荷の消費電力を推察するのでも同様の効果を得ることはできるので、ごく短時間の積算消費電力量の変化から算出することも可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更し実施が可能である。

従来の太陽光発電システムの実施形態を模式的に説明する概略回路構成図である。 従来の太陽光発電システムの個々の電気機器の消費電力計測実施形態を模式的に説明する概略構成図である。 本発明に係る太陽光発電システムの実施形態を模式的に説明する概略回路構成図である。 本発明に係る太陽光発電システムにおける家庭内電気機器の消費電力量の推移を示す概略図である。 本発明に係る太陽光発電システムにおける家庭内電気機器の過去一週間の消費電力量の推移を示す概略図である。 本発明に係る太陽光発電システムにおける家庭内電気機器の消費電力量の推移予測を示す概略図である。

符号の説明

１：太陽電池
２：接続箱
３：電力変換装置
４：交流分電盤
５：商用電源系統
６：家庭用負荷
７：表示装置
８：送信部
９：受信部
１０：計測機器
３０１：太陽電池
３０２：接続箱
３０３：電力変換装置
３０４：交流分電盤
３０５：送信部
３０６：表示装置
３０７：受信部
３０８：表示部
３０９：電源部
３１０：マイコン（表示部）
３１１：時計部
３１２：発電電力計測部
３１３：消費電力計測部
３１４：記録部
３１５：判断部
３１６：インバータ操作部
３１７：表示構成部
３１８：表示操作部
３１９：商用電力系統
３２０：家庭内負荷
３２１：演算部
３２２：記憶部

Claims (3)

1. 太陽光発電システムの発電電力及び前記太陽光発電システムと接続する複数の負荷の消費電力を表示装置に表示する表示方法であって、前記負荷の瞬時消費電力もしくは一定時間内の消費電力の変動から接続されている個々の負荷の消費電力を推察するとともに、前記推察した消費電力から今後の太陽光発電システムの発電電力に対する消費電力の経過予測を行い、さらにこれらの予測電力を表示装置に表示するようにしたことを特徴とする太陽光発電システムの発電電力及び消費電力の表示方法。
2. 前記消費電力の変化量に応じて、使用されている電気機器を類推し、類推した電気機器及びその消費電力を表示装置に表示するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システムの発電電力及び消費電力の表示方法。
3. 前記太陽光発電システムの発電電力に対し、現在使用されている電気機器の消費電力状況で、前記太陽光発電システムが発電した電力でまかなえる時間を表示装置に表示するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システムの発電電力及び消費電力の表示方法。

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